JP2012050049A - イヤホンとイヤホン用遮音エレメント - Google Patents

Abstract

【課題】航空機客席や地下鉄列車内のように、８６デシベルにも達する騒音環境で、小音量でかつ、高品位の音質で音楽を聴くことができる、安価な、環境ノイズリダクション型インナーイヤホン。
【解決手段】耳とインナーイヤホンの間の空間を多孔質の柔らかいプラスティックからなる遮音性のエレメントで満たすことで、インナーイヤホンを通過する高レベルの環境雑音を再生音ともども遮音する。イヤホンのボイスコイルとプラグの中間に、遮音エレメントの遮音特性補正用の、抵抗とコンデンサからなる周波数特性補正回路を設ける。
【選択図】図２

Description

用語の定義

請求項を含む全文を通じ、文中の｛｝内の記述は｛｝外の記述に優先する。
請求項に定義する用語は明細書においても同様とする。
図５から図９の実測特性図の横軸は周波数、縦軸は｛測定用マイクロホンの出力の｛増幅器を通して測定した相対電圧｝｝を示す。いずれの図も基準レベルは等しいので、｛それぞれの特性の比較をする上｝で｛充分な測定環境での測定データ｝である。

遮音材、吸音材、環境騒音リダクション、イヤホン製造技術、電子回路フィルタ、

環境ノイズを軽減する機能を持つイヤホンやプレーヤが販売されている。大きく分けてアクティブ方式とパシブ方式とがある。
本案発明はパッシブ方式に関する。

パシブ方式の背景技術としては、
環境ノイズ源から聴覚へ至る音の伝搬経路を遮断するために、
イヤホンの再生性能を維持しつつ、イヤホン自体の外部騒音の遮断性能を向上させる手法。
｛耳とイヤホンの間の隙間｝の遮音性能を向上させるための遮音エレメントの材質や形状の改良。
以上の２点が重要である。

特開Ｈ０８−２７５２９８耳栓イヤホンへの取り付け具及びイヤホン
特開Ｈ１０−５１１８３２イヤクッション付きヘッドセット及びクッションの圧縮を制限する装置
等が提案されていて、確かに改善はあるものの、環境ノイズがイヤホンの構造物を伝搬して聴覚に達することもあって、ノイズリダクション性能に関して、高い満足度は得られていない。

特開２００２−２００１０９耳栓型電気音響変換装置
では｛イヤホンの振動板の振動｝を｛耳栓である遮音エレメント｝に直接伝えることでノイズリダクションを機能させる提案があるが、もともと遮音材は、｛伝搬特性の全く異なる材料から直接機械的振動で音を伝搬させる｝には不向きの材質であり、良質の音響性能を得ることは難しい。

環境騒音が８７ｄＢにもなる｛地下鉄の駅や電車内｝の騒音環境、あるいは航空機の｛エンジンや風切り音｝の騒音環境では従来型の遮音エレメントの効果は充分とはいえない。

発明が解決しようとしている課題

８７ｄＢにもなる騒音環境下で、音量を大きくすることなく、高品質の音楽や電話の受話音を聴くことができる、｛安価、製造が簡単、使いやすい、高いリダクション性能、良好な再生音質｝を満足するノイズリダクション。

一般的に、イヤホンの再生性能を上げるには、｛振動板の背面｝は外に向かって開口していると都合が良い。ところが、従来方式の｛環境ノイズを遮断｝するタイプのイヤホンは、｛アクティブ型あるいはパッシブ型｝の如何にかかわらず、｛環境ノイズを遮断する目的｝から、｛イヤホンの振動板の背面が密閉構造｝であることが望ましい。イヤホンの背面を、密閉することは簡単であるが、密閉することによって再生性能は大きく影響を受ける。特に低音再生性能の｛密閉による著しい劣化｝を回避するために、振動板の背面からダクトを設け、反対側の耳側に開口させるなど、細やかな細工を施した商品もある。要するに、｛イヤホン自体の遮音性能の向上｝と｛イヤホンの低音再生性能の向上｝とは総じて、相容れない関係にある。

課題を解決するための手段

｛インナーイヤホンと外耳の入り口付近の間にできる空間（音が伝わる外耳道の一部）｝を、遮音性の材質で埋めることで、｛リダクションしたい環境騒音｝と｛聴こうとする音楽やアナウンス信号｝の両方を減衰させる。この手法は｛再生音をも高性能な遮音効果を持つ材質で遮音する｝ことから、再生音の音量は減衰し、特に高音ほど減衰量は大きい。
この減衰の周波数依存分を補正することで、音質の補正が可能である。
この補正機能を｛イヤホンの再生特性に持たせる｝かまたは｛イヤホンに｛電子回路または電気回路｝を組み込む｝ことで、｛利便性の高いノイズリダクション型のイヤホン｝を具現化するものである。

結果、環境ノイズの遮音性能は向上し、｛再生音の減衰｝は補正されて正常な音質となり、Ｓ／Ｎ比は向上する。

［図１］は本発明の一実施例を示す図である。
１はイヤホン本体、２は環境ノイズ、３は摩擦ノイズ、４はイヤホンの再生信号、５は｛環境ノイズと摩擦ノイズ｝がイヤホン本体を経由して聴覚に至る雑音、６は｛後述の柔らかい遮音エレメントをイヤホン本体に装着しやすくし、遮音材の遮音性能の安定化（使用状態で）を図る｝ための中空チューブ、７は｛イヤホン本体と外耳道の間にできる空間の一部を塞ぐ｝ための｛変形自在な遮音性の多孔質プラスティック材｝からなる遮音エレメント、８は遮音エレメントの内側にできる空間である。

［図２］は図１の一実施例を耳に装着した状態を示す図である。
１から８までは図１と同じである。９は外耳道の輪郭、１０は外耳道、１１は遮音エレメントを経て聴覚に至るイヤホンの再生信号、１２は遮音エレメントを経て聴覚に至る環境ノイズである。

｛イヤホンの再生音｝４と｛イヤホンを介して進入する｛環境ノイズおよび摩擦ノイズ｝５は遮音エレメンント７の遮音効果によって減衰しながらも外耳道を経て聴覚に至る。図から明らかなように、外耳道の一部が遮音エレメントによって塞がれていることから、聴覚に至る環境ノイズや摩擦音は、｛遮音エレメントの遮音効果｝によって、大きく減衰する。当然ながら、イヤホンの再生音も同様に減衰するが、｛イヤホンの再生音｝は｛高域減衰補償電子回路または高域減衰補償型信号処理｝によって、あらかじめ、｛遮音エレメントによる減衰効果の逆特性｝を作用させることで、｛遮音エレメントによる減衰｝を補正することができる。結果として、元々の再生音質は｛遮音エレメントを設けない状態とほぼ同じ｛音質｝｝で再生することができることから、｛環境騒音やコードの摩擦音｝は｛遮音エレメントの遮音効果の分｝だけ軽減される。６の中空チューブは｛イヤホンの音の出口の形状｝の安定化を図る、即ち、｛８の空間を安定して確保する｝ことによって、｛遮音エレメントが耳に装着された状態｝での｛安定した遮音性能確保｝の役割を持つ。多くの実験では、イヤホンが耳に挿入された状態で、｛遮音エレメントの材質｝と｛遮音エレメントが外耳道を塞ぐ部分の容積｝と｛遮音エレメントの内側の空間８の形状｝は遮音特性に大きく影響を与えることから、安定した遮音特性を得るための、中空チューブの役割は大きい。

［図３］は従来型の例を耳に挿入した状態を示す図である。
イヤホンの再生信号は遮音されず、そのまま外耳道を通って聴覚に到達する。当然のことながら、イヤホン自体を介して伝わる｛環境騒音やコードの摩擦雑音｝も遮蔽されずに聴覚に到達することから、イヤホン自体の｛環境騒音や摩擦雑音｝の遮音性能は高くなければならない。

［図４］は本案発明の複合遮音エレメントの一実施例を示す。
図４の図１と同番号は同機能である。１３は中空チューブのカギ型突起である。
図４（ａ）は遮音エレメントと中空チューブとイヤホンが組み合わさった状態を示す。中空チューブに遮音エレメントを被せた状態で、遮音エレメントが簡単に抜けないよう中空エレメントの外周に突起を設けたものである。突起の形状は挿入しやすく、かつ、簡単に抜けることがないようカギ型となっている。
安定した遮音特性を得るために、中空チューブと遮音エレメントの位置関係は重要である。
図４（ｂ）は中空チューブのカギ型突起の拡大図を示す。
このカギ型突起の場所は中空チューブのどこの場所にあってもよい。またカギ型突起の形状は抜け止めに必要充分な形状であればよい。

［図５］市販されている商品では｛最も高性能の遮音ピース｝が付属している｛イヤホンの遮音特性｝を示す。
破線は縦軸が ０ｄＢ の位置にあって、イヤホンが装着されていない場合のレベルを示す。８０Ｈｚ 以下において、遮音の効果があるような特性となっているが、これは模擬環境ノイズの発生源が ８０Ｈｚ 以下を再生していないことによるもので、実際の遮音特性は ８０Ｈｚ 以下の範囲の減衰はない。
３０Ｈｚ以下 で横ばいとなっているのは 測定器が置かれている自然環境のノイズの影響である。
４００Ｈｚ以下 の範囲では ｛６ｄＢ から ７ｄＢ｝の、若干右下がりの減衰特性である。
４００Ｈｚ を超える付近から減衰が徐々に大きくなり、１５００Ｈｚ 以上の範囲では 約３５ｄＢ ほどの減衰である。比較的軽度のノイズ環境下では充分使える特性であるが、８７ｄＢにも達する地下鉄の電車内の騒音環境下では、不十分な遮音特性であることを示している。
図５は市販イヤホンのなかでも、遮音性能が優れているサンプルであるが、安価なものは、ほとんど実用にならない遮音特性のものが少なくない。

［図６］図５に示すイヤホンに、本案発明の複合遮音エレメントを装着した場合の遮音特性を示す。
破線は縦軸が ０ｄＢ の位置にあって、イヤホンが装着されていない場合のレベルを示す。８０Ｈｚ 以下において、遮音の効果があるような特性となっているが、これは環境ノイズの発生源が ８０Ｈｚ 以下を再生していないことによるもので、実際の遮音特性は ８０Ｈｚ 以下の範囲の減衰はない。
３０Ｈｚ以下 で横ばいとなっているのは 測定器が置かれている自然環境のノイズの影響である。
４００Ｈｚ 以下の範囲では ｛１７ｄＢ から １８ｄＢ｝の、若干右下がりの減衰特性である。
４００Ｈｚ を超える付近から減衰が徐々に大きくなり、図６と違って、１５００Ｈｚ 以上の範囲でも 減衰は顕著に大きくなる。地下鉄の電車内や通常のジェット旅客機の騒音が高い場所でも充分使える遮音特性である。実際、現場での実験においても、従来型との比較で、１０ｄＢ から ２０ｄＢ の遮音性能の改善ができている。

［図７］本案発明の｛複合遮音エレメントを装着したイヤホン｝の再生特性である。
遮音エレメントが再生音をも遮音することから、再生特性は５００Ｈｚ以上から減衰が始まる。１０００Ｈｚ から １００００Ｈｚ の範囲で特性が一様でないのは、測定系の固有の特性によるものである。
実際の減衰特性は ｛オクターブ 約６ｄＢ の傾斜｝で減衰する。
この減衰特性では、高音が不足した音質となる。

［図８］本案発明の｛複合遮音エレメントを装着したイヤホン｝の｛ボイスコイルとイヤホンプラグ｝の間に｛ＣＲ型高域減衰補償回路の一例｝を設けた場合の再生特性である。｛１００Ｈｚ から ５００Ｈｚ の範囲の再生性能｝が図６の場合と等しくなるよう、｛信号源の音量をあらかじめ大きくしてある｝場合の再生特性である。測定系の誤差分を考慮すれば、ＣＲ型高域減衰補償回路によって １０ｋＨｚ付近までは、理想的な再生特性を維持していることを示している。

［図９］本案発明の｛複合遮音エレメントを装着したイヤホン｝の｛ボイスコイルとイヤホンプラグ｝の間に｛精密な高域減衰補償回路の一例｝を設けた場合の再生特性である。この場合の補償回路はディジタル信号処理プロセッサを使っていることから、図８の場合と比べ、４０Ｈｚ から １００００Ｈｚ までの範囲で ほぼ一様な、きめ細い補正ができていることを示す。

以上の説明のとおり、
｛イヤホンに装着された遮音エレメント｝が｛外耳道の一部を塞ぐ構造｝とすることによって、｛背面が開口しているタイプのイヤホンでも｝高性能のノイズリダクションを具現化できる。
また、逆に、｛良好な低音再生性能を得ることが難しい密閉型のイヤホン｝が本案発明の高域減衰補償特性と類似していることから、簡単な構造の密閉型イヤホンが本案発明のイヤホンに利用できる。
環境騒音を簡単に軽減できるばかりでなく、｛従来型の製造技術や設備｝で、安価で、安定性があって、｛歪みや電子回路ノイズの少ない｝良質の音質が得られる。
｛遮音エレメント｝が低コストであることから、｛汚れや破損や紛失｝などの場合にでも、遮音エレメントの差し替えが手軽に行える。
｛複雑なフィルタを含む閉ループの安定性｝や｛系に存在する非線形特性によって制御性能の著しく劣化する問題｝がなど関わるところで｛相矛盾する問題の妥協点を探らなければならない｝というような｛難しい信号処理技術｝も必要としない。

発明の効果

｛簡単、高性能、安価｝な｛環境騒音リダクションの機能を持った再生環境｝を提供できることから、幅広い商品に応用できる。
騒音環境の中でも｛鼓膜には小音量｝でしかも｛良好な音質｝で音楽を聴くことができることから、懸念されている聴覚障害への影響についても、より安全な再生環境を提供できる。
低価格であることから、一部ではなく、大多数の人が、｛電車内や航空機内｝での退屈な長時間を｛適度な音量と良い音質｝で快適に楽しむことができるようになる。
騒音環境での｛携帯電話の受話条件｝が格段に良くなることから、使い勝手が便利になるばかりでなく、｛騒音環境下ではありがちな｝大声での電話会話を減少させる方向に作用する。
減衰特性は適度な調節は必要であるが、再生装置の出力の余裕に応じて、減衰特性を簡単に調節できることから、もともと強い騒音環境下でも使えるような再生装置であれば中低音領域の減衰の補償は再生ボリュームを大きくすることでカバーできる。
例えば、｛航空機の客席エンターテインメントの音量｝は｛騒音環境下で充分聴きとれる｝よう設計されている。したがって、その騒音を｛再生信号をも含めて遮音したとして｝も適正音量を確保できる。
実際、航空機内の実験結果では、｛機内に装備されているイヤホン｝では音量をかなり上げなければならないが、本案発明のイヤホンを用いれば、従来レベルから １０ｄＢ ないし ２０ｄＢ 低い音量で充分である。
長時間のイヤホン使用でも、大音量による聴覚の疲労を著しく改善できる。
さらに、再生装置側は従来のものが使用できるので、市場への導入障壁が低い。
一方、周囲への音漏れの影響については、従来とほぼ同じ程度である。

イヤホン単独で商品下できる環境騒音リダクション型イヤホン。
多様な｛デザインや形状｝の交換可能な遮音エレメント。

イヤホン用遮音エレメント
遮音エレメントが装着されたイヤホン
遮音エレメントが着脱できるイヤホン
イヤホンに装着できる遮音エレメント
携帯電話用イヤホン。
ポータブルプレーヤ用イヤホン。
航空機客席用イヤホン。

実用的で、安価で、製造が簡単で、使いやすく、リダクション性能が高く、再生音質の良いことから、現状のノイズリダクション方式とは異なり、応用範囲が極めて広い。本発明は、｛騒音下で音を聴く可能性｝のある｛ほとんど全ての装置｝に装着される可能性を持っている。

一実施例の説明図 図１の実施例の使用状態での説明図 従来型の説明図 一実施例の説明図 従来例の遮音特性の説明図 本案発明の遮音特性の説明図 本案発明の再生特性の説明図 本案発明の再生特性の説明図 本案発明の再生特性の説明図

Claims (6)

1. インナーイヤホンをイヤホンとし、
   ｛イヤホンの構造物を介して聴覚に届く環境騒音｝を進入騒音Ａとし、
   ｛イヤホンと｛外耳の壁｝の間の隙間を介して聴覚に届く環境騒音｝を進入騒音Ｂとし、
   イヤホンの再生音の｛聴覚に届く音｝を進入再生音とし、
   ｛イヤホンと外耳道の入り口付近に生ずる空間｝を｛埋めるかまたは満たす機能を持つ｝ところの｛変形自在な遮音性の多孔質プラスティック材｝を遮音エレメントとし、
   ｛遮音エレメントに｛後述の中空チューブ｝を挿入する｝ために設けた穴を中空チューブ装着穴とし、
   中空チューブ装着穴はコップ形状、即ち、一方が塞がっていて他方が開口している形状であり、
   ｛遮音エレメントの穴｝の｛開口している側｝をイヤホン装着端面とし、
   ｛遮音エレメントの穴｝の｛塞がっている側｝を遮音端面とし、
   ｛遮音エレメントの穴｝の｛軸に沿った側面｝を遮音側面とし、
   ｛イヤホンの音の放射口に装着する機能｝と
   ｛遮音エレメントの穴に差し込むことでイヤホンと遮音エレメントを結合する機能｝の｛双方の機能を持つ中空のチューブ｝を中空チューブとし、
   中空チューブは
   ｛｛変形自在な柔らかい遮音エレメント｝の骨材としての機能｝｝と、
   ｛イヤホンの再生音を｛遮音エレメントの遮音端面を介して伝達する機能｝｝と、
   ｛｛外耳の壁｝と｛中空チューブ｝の｛隙間を埋めている遮音エレメント｝の｛遮音側面と遮音端面｝を圧縮する機能｝と、
   ｛遮音エレメントの遮音側面、即ち｛外耳道の入り口付近の外耳の壁｝と接する部分を圧縮することで｛進入騒音Ｂを減衰させる機能｝｝を有し、
   遮音エレメントの遮音端面、即ち｛外耳道の入り口の空間付近｝を圧縮することで｛進入騒音Ａと進入騒音Ｂと進入再生音｝を共に減衰させる機能を有し、
   遮音エレメントに中空チューブが装着され、組み合わされたものを複合遮音エレメントとし、
   ｛｛遮音エレメントもしくは複合遮音エレメント｝の｛進入再生音の伝達特性｝｝の｛｛減衰特性｝もしくは｛減衰特性の周波数依存性｝｝を進入再生音減衰特性とし、
   進入再生音減衰特性を補償する機能を高域減衰補償機能とし、
   ｛高域減衰補償機能の再生特性｝を持つイヤホンを高域減衰補償型イヤホンとし、
   高域減衰補償機能の特性を有する｛電子回路もしくは電気回路｝を高域減衰補償回路とし、
   ｛複合遮音エレメントが装着された｝イヤホンであることを第１の特徴とし、
   ｛イヤホンのボイスコイル｝と｛イヤホンのプラグ｝の間の｛いずれかの場所に、高域減衰補償回路を有するイヤホン｝であることを第２の特徴とし、
   ｛複合遮音エレメントが装着｝された高域減衰補償型イヤホンであることを第３の特徴とし、
   ｛上記｛第１と第２｝の特徴を有するイヤホン｝または｛上記第３の特徴を有するイヤホン｝
2. 請求項１に定義する複合遮音エレメント。
3. 請求項１に定義する遮音エレメントに関し、中空チューブの外周のいずれかの場所に、遮音エレメントの抜け止め構造を有することを第４の特徴とする、複合遮音エレメント。
4. 請求項１に定義する高域減衰補償型イヤホン。
5. ｛抵抗とコンデンサの並列接続｝からなる｛請求項１に定義する高域減衰補償回路｝をＣＲ型高域減衰補償回路とし、
   ｛イヤホンのボイスコイルの端子｝と｛イヤホン外部への引き出し線の端子｝の間にＣＲ型高域減衰補償回路を組み入れたことを第５の特徴とし、
   ｛イヤホンのリード線のいずれかの間｝にＣＲ型高域減衰補正回路を組み入れたことを第６の特徴とし、
   ｛イヤホンのリード線｝と｛イヤホンの差し込みプラグ｝との間にＣＲ型高域減衰補正回路を組み入れたことを第７の特徴とし、
   上記｛第５または第６または第７｝の特徴を有するイヤホン。
6. 一方の端子がイヤホンプラグを有し、
   他方の端子がイヤホンジャックを有し、
   イヤホンプラグとイヤホンジャックの間に、ＣＲ型高域減衰補償回路を有することを第８の特徴とする｛中継コードまたは中継プラグジャック｝。

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